什麼是L0緩存？

CPU 是極其複雜的野獸。有許多相互關聯的部分，它們都必須完美協調地工作才能達到我們所看到的性能水平。CPU 的關鍵特性之一是高速緩存。這不是一個華而不實的功能。它不會宣傳核心數量或峰值提升頻率。不過，這對性能至關重要。

為什麼緩存？

現代 CPU 的速度快得令人難以置信。它們每秒執行超過 50 億次操作。當 CPU 如此快速地運行時，讓 CPU 持續接收數據是很困難的。RAM 有足夠的容量為 CPU 提供數據。由於帶寬非常高，它甚至可以每秒傳輸一次數據。但這不是問題。問題是延遲。

RAM 可以非常快速地響應。問題是“非常快”是一個很長的時間，你每秒做 50 億件事。即使是最快的 RAM 也有超過 60 納秒的延遲。同樣，60 納秒聽起來根本就不是時間。問題是，如果 CPU 以 1GHz 運行，則需要 1ns 才能完成一個週期。對於達到 5.7GHz 的高端 CPU，這是每 175 皮秒一個週期。那些 60 納秒的延遲現在看起來如何？那是 342 個延遲週期。

這種延遲將成為任何 CPU 性能的殺手。為了解決這個問題，使用了緩存。緩存位於 CPU 芯片本身。它也比 RAM 小得多，並使用不同的結構，SRAM 而不是 DRAM。這使得它的響應速度比主系統 RAM 快得多。緩存通常是分層的，L1、L2 和 L3 用於表示離 CPU 內核越來越遠的層。較低層更快但更小。L1 可以有四個或五個時鐘週期的延遲，比 342 好得多。

但是有些 CPU 提到了 L0？

L1、L2 和 L3 的術語非常標準。對它們的含義和作用的模糊理解是相對普遍的，甚至在 CPU 供應商之間也是如此。這是因為它們受材料和電學物理的支配；沒有多少可以改變。您可以擁有快速緩存或大緩存，但不能同時擁有兩者。如果您在多個內核之間共享緩存，則它需要更大。為此，L1 和 L2 往往是核心特定的。較大的 L3 緩存傾向於在 CPU 或小芯片上的部分或所有內核之間共享。

正如您可能猜到的那樣，L0 與緩存有關，但後來被推入了命名方案。但是，這無助於理解它的含義。不過，您可能會猜到一些事情。它將僅限於一個核心，它會很小，而且會很快。它的另一個名字會有所幫助；那是微操作緩存。

L0 緩存微操作，而不是從內存中緩存數據或完整指令。正如我們最近所描述的，微操作是現代 CPU 的一個特性。x86 和其他 ISA 中的指令龐大、複雜且難以有效地適應管道。如果將它們分解為構成微操作，則可以更有效地流水線化它們。在某些情況下，您甚至可以將多個微操作（甚至來自不同的指令）組合到一個微操作中，從而實現性能提升和功耗降低。

CPU 架構 ft 微操作緩存

為了執行指令，現代 CPU 對其進行解碼。這涉及將指令拆分成其組成的微操作並確定應引用的內存位置。許多軟件經常使用類似的功能，並且經常可以在循環中或從調用的函數中重用相同的代碼。這意味著可以一次又一次地調用準確的指令。這意味著相同的微操作會被一次又一次地調用。如果重複需要相同的微操作，它們可以被緩存。緩存微操作可以減少指令解碼器的負載，減少功耗或幫助更快地填滿管道。

緩存確實需要保持較小，但如果精心管理，可以在單個甚至沒有周期延遲的情況下訪問它。這足以避免對 L1 緩存承擔 4 週期延遲的需要，並且不會帶來緩存未命中的損失。

結論

L0緩存是微操作緩存的別稱。它可以是使用微操作的現代 CPU 的一部分。它通常包含幾千個條目，並且容量以條目數而不是字節數列出。L0 的訪問速度比 L1 快，通常有 1 個或 0 個週期的延遲。緩存微操作可減少指令解碼器的負載，尤其是在充分利用循環或函數的代碼中。